Новые направления применения металлических конструкций для надстройки зданий

Металлические конструкции традиционно используются в строительстве, обеспечивая высокую прочность и надежность зданий, и теория расчета их на сегодняшний день является наиболее проработанной.

Кроме указанных достоинств, металлические конструкции имеют еще одно несомненное преимущество – незначительный собственный вес. Именно данное обстоятельство способствует высокой эффективности их применения при реконструкции существующих зданий. В этой связи особенно актуальной становится надстройка зданий.

Известно, что большинство зданий первых массовых серий имеют определенные резервы надежности. Так, запас несущей способности фундаментов, как правило, с учетом стабилизации осадок грунтов приближается к 30%, запас прочности основной части несущих конструкций около 50%, а отдельные элементы недогружены в несколько раз.

Опыт показывает, что практически все здания могут быть надстроены без значительного усиления несущих конструкций 2 этажами с использованием железобетона. При этом, однако, вес перекрытия с полом составляет около 400 кг/м2 при полезной нагрузке на перекрытие в 200 кг/м2. Вес стен, выполняемых из ячеистого бетона, также значителен – около 1 т/м2 на 1 этаж надстройки.

Ранее белорусским УП «Институт НИПТИС» совместно с РААСН разработаны конструктивные системы, обеспечивающие поглощение старого здания новым. Они предусматривают уширение корпуса существующего здания и увеличение его высоты до 16 этажей. Реконструкция зданий по данной технологии предусматривает, что надстройка опирается на новые фундаменты, основой ее несущей конструкции является железобетонный каркас. Резервы несущей способности существующего здания либо не используются, либо используются незначительно. К тому же проведение работ требует обязательного отселения жильцов. Очевидно, что по причине высоких начальных вложений, в том числе в нулевой цикл, и масштабности работ такие проекты на сегодняшний день в Беларуси не реализуются.

Поэтому институтом предложен ряд новых технологий реконструкции зданий с использованием легких строительных материалов и специальной системы перераспределения нагрузок от надстройки на несущие конструкции надстраиваемого здания. Разработаны три конструктивные системы: на основе ячеистого бетона низкой плотности, пеностекла и на основе листовых материалов. Применение первой из них при проектировании позволило уменьшить сметную стоимость 1м2 нового жилья на 20% в базовых ценах. Система на основе пеностекла, по оценкам, должна обеспечить снижение стоимости не менее чем на 30%. Общей их особенностью является использование материалов только отечественного производства, а уменьшение стоимости обеспечивается исключительно снижением веса конструкций и увеличением этажности надстроек.

Подробнее остановимся на третьей из перечисленных систем реконструкции, основанной на использовании листовых материалов и металлических несущих конструкций. По предварительным расчетам, она способна уменьшить сметную стоимость реконструкции не менее чем на 40%. Достигается это не только снижением веса, увеличением этажности, но и значительным сокращением трудоемкости работ, а значит, и сроком возведения надстроек, что особенно актуально при выполнении работ без отселения жильцов.

Система разработана специалистами института по заказу предприятия «ГентаС-М», представляющего на белорусском рынке фирму «Кнауф», зарегистрирована в УП «Стройтехнорм» под названием «Гента-Кнауф» и разрешена для применения на территории Республики Беларусь.

Таблица 1
Технические показатели «AQUAPANEL Cement Board Maxi»

Наименование показателя Значение показателя Расчетная плотность, кг/м3 1200 Прочность на сжатие, МПа,не менее 10 Предел прочности при изгибе, МПа не менее 5 Коэффииент теплопроводности λ, Вт/(м•°C) В сухом состоянии 0,32 В условиях эксплуатации А 0,40 В условиях эксплуатации Б 0,45 Рсчетное массовое отношение влаги в материале W,% В условиях эксплуатации А 4 В условиях эксплуатации Б 8 Коэффициент проницаемости, μ (м•ч•Па) 0,07 Водопоглащение,% 8 Морозостойкость, циклы 300 Размеры листа, мм длина 2400/2500/2600/2800 ширина 1200 толщина 12,5 Группа горучести НГ

Она предназначена для надстройки зданий первых массовых серий с опиранием на существующие конструкции и с использованием резервов их несущей способности. Основу составляют: стальные элементы несущего каркаса, металлические тонкостенные профили каркасов стен, перегородок и перекрытий, а также листовые материалы для облицовки стен, потолков, сборных полов. Для внутренних работ используются традиционные гипсовые листовые материалы, а для наружных частей конструкций стен, наружного экрана системы утепления, ограждений балконов – новые листовые материалы на основе мелкозернистых легких бетонов.

Надо сказать, что разработка данной системы стала возможна с появлением на белорусском рынке «AQUAPANEL Cement Board Maxi» – новых листовых материалов для наружных облицовок, изготовленных из мелкозернистого керамзитобетона, армированного стеклосеткой.

Для наружных стен зданий предложена конструкция панели, собираемой непосредственно на строительной площадке по стандартной технологии «Кнауф». Один из вариантов приводится на рис.1. Отличительной особенностью данной конструкции является установка двух рядов вертикальных стоек со смещением для перекрытия температурного поля.

Рис. 1. Конструкция панели на основе технологии «Кнауф» с установкой двух рядов вертикальных стоек со смещением для перекрытия температурного поля.

«AQUAPANEL Cement Board Maxi» крепится к тонкостенным профилям при помощи саморезов, в швах (стыках) листы склеиваются между собой. С наружной стороны швы проклеиваются полосками стеклосетки. Необходимые размеры панели могут быть получены на строительной площадке резкой на станке или ножовкой.

Наружная сторона «AQUAPANEL Cement Board Maxi» отделывается в построечных условиях. При этом рекомендуется устраивать армированный слой из клея и заделанной в него стеклосетки. Армированный слой оштукатуривается и (или) окрашивается паропроницаемыми красками. Коэффициент паропроницаемости клея и отделочных материалов не должен быть ниже 0,02 мг/(мЧчЧПа), общая толщина отделочных слоев – не превышать 5 мм.

Несущими элементами надстройки служит металлический каркас, перекрытия выполняются с использованием профилированных листов по металлическим балкам. Один из вариантов конструкции приведен на рис. 2.

Собственный вес перекрытия составляет 100–120 кг/м2, т.е. обеспечивает резерв по нагрузке около 300 кг/м2. Учитывая, что вес стен одного этажа надстройки также снижен с 1 т до 130–200 кг в зависимости от типа и толщины утеплителя, применение данной системы позволяет увеличить в среднем в 2 раза этажность надстроек по сравнению с традиционными конструкциями.

Основные технические характеристики системы «Гента-Кнауф» приведены в табл. 2.

Таблица 2
Основные технические показатели надстройки

Наименование показателя Значение показателя Рекомендуемое количество надстраивамых этажей по сериям 1–35 (скрытый каркас) до 2 1–35 (открытый каркас) до 4 1–44 до 5 Кирпич (поперечные несущие стены) До 5 Киприч (продольные несущие стены) До 4 Сопротивление теплопередаче наружных огрождающих конструкций, м2•°С/Вт 2-6 расход металла, кг/м2 20–40 Расход листовых материалов, м2/м2 1,2–1,4 Расход минерального утеплителя, м3/м2 0,1–0,4 Снижение стоимости строительства, % 20–40 Снижение трудоемкости, % 100–z150

Для огнезащиты могут быть использованы минераловатные утеплители или листовые огнезащитные материалы «Кнауф» (облицовки Fibord). Полносборные конструкции, сборные сухие полы из листовых материалов «Кнауф» (Aqva-Floor), укладываемые на мелкозернистую подсыпку из легких насыпных материалов или на жесткие минераловатные плиты, позволяют значительно сократить затраты труда на строительной площадке и сроки реконструкции зданий. Поскольку вес сборочных элементов незначителен, работы выполняются быстро, без тяжелого кранового оборудования и, главное, без отселения жильцов.

Рис. 2. Вариант надстройки за счет металлического каркаса и перекрытий выполненных с использованием профилированных листов по металлическим балкам.

Применение недорогих эффективных утеплителей и тонколистовых облицовок для устройства наружных стен позволяет достичь высоких значений сопротивления теплопередаче (до 6 м2•°С/Вт и выше) без увеличения толщины и веса стен, а принятые в системе конструктивные решения стен – получить переменные значения сопротивления теплопередаче для различных участков фасадов в целях выравнивания трансмиссионных потерь тепла в различных помещениях здания. Благодаря этому возможно использование новых прогрессивных систем отопления – воздушного или комбинированного – и вентиляции, в том числе с механическим побуждением.

В первую очередь система «Гента-Кнауф» рассчитана для реконструкции жилых зданий первых массовых серий: 1-335, 1-464, 1-434, 1-447 и их модификаций. Но с учетом особенностей конструктивной схемы, противопожарных требований может быть использована и при реконструкции зданий различного назначения.

В настоящее время система «Гента-Кнауф» находится в стадии экспериментального проектирования. Авторы уверены, что при удачном завершении эксперимента металлические конструкции найдут широкое применение при реконструкции зданий, обеспечат необходимый уровень рентабельности работ, значительное снижение сметной стоимости вновь получаемых площадей.